ヘリカーゼは、二本鎖DNAをほどいて一本鎖DNAを生成する役割を果たします。それらは、DNAの複製、組換え、および修復中にDNAがほどける原因となります。二本鎖DNAの巻き戻しは複製起点から始まり、複製フォークと呼ばれる構造を形成し続けます。 2本のDNA鎖間の水素結合の分解には、ATPの形でエネルギーが必要です。ヘリカーゼはまた、巻き戻された塩基をトラップして、DNAの再アニーリングを防ぎます。

対象となる主要分野

1.DNAヘリカーゼとは –定義、機能 2. DNAはどのようにして巻き戻され、巻き戻され続けるのか –DNA巻き戻しのプロセス

重要な用語：DNAヘリカーゼ、DNA複製、初期DNA融解、複製起点認識、複製フォーク

DNAヘリカーゼとは

DNAヘリカーゼはDNA複製の基本的な構成要素です。 DNAヘリカーゼの主な機能は、二本鎖DNAをほどいて一本鎖DNAを形成することです。 DNA複製に加えて、DNAヘリカーゼは、転写、翻訳、組換え、およびDNA修復にも関与しています。原核生物のDNAヘリカーゼを図1に示します。

図1：原核生物のDNAヘリカーゼ

DNAはどのようにして巻き戻され、巻き戻され続けるのか

DNAは二本鎖分子であり、ほとんどの生物で遺伝物質として機能します。 DNAの2本の鎖は水素結合によって一緒に保持されます。新しいDNAは、DNA複製と呼ばれるプロセスによって合成されます。 DNA複製は、両方の鎖がテンプレートとして機能する半保存的プロセスです。したがって、DNA複製を開始するには、2本の鎖をほどく必要があります。

DNAヘリカーゼは、DNAの巻き戻しを触媒する酵素です。 DNAの巻き戻しは、DNA複製を開始します。複製起点認識、最初のDNA融解、および複製フォークの最終的な形成は、DNA複製の開始に関与する3つのステップです。

1. 起源認識 – DNA複製は、複製起点で開始されます。いくつかの複製起点が染色体に見られます。円形の二本鎖DNAは、単一の複製起点で構成されています。複製起点認識複合体（ORC）として知られるマルチサブユニットDNA結合複合体は、複製起点の認識を担っています。
2. 最初のDNA融解 – MCM（ミニ染色体維持）ヘリカーゼは、真核生物の複製起点の最初の融解に関与します。原核生物では、複製起点認識タンパク質であるDnaAによって行われ、DnaBとして知られる六量体ヘリカーゼが融解したDNAにロードされます。
3. 複製フォークの形成 –ヘリカーゼは巻き戻しプロセスを継続し、複製フォークと呼ばれる構造を形成します。それらは、2つの相補鎖を一緒に保持している水素結合を分解します。彼らはこのプロセスのためにATPの形で細胞エネルギーを使用します。

真核生物におけるDNA複製の開始を図2に示します。

図2：真核生物におけるDNA複製の開始

二本鎖DNAが最初に融解した後、DNAポリメラーゼは複製起点に結合し、複製プロセスを開始します。複製が進むにつれて、複製フォークは巻き戻されたDNA鎖を通って進行します。これらのDNAヘリカーゼは2つの鎖の間にトラップされるため、相補的な塩基の再アニーリングが回避されます。

結論

DNAヘリカーゼは、DNAの複製、組換え、修復に必要な一本鎖DNAを形成するためのDNAの巻き戻しに関与する酵素です。それらは、2本の鎖を一緒に保持する2本の鎖の相補的な塩基間の水素結合を分解します。巻き戻されたDNAの間にトラップされたDNAヘリカーゼは、再アニーリングを防ぎます。

リファレンス：

1. Gai、Dahai、etal。 「DNA複製における起源DNAの融解と巻き戻し。」構造生物学における現在の意見、米国国立医学図書館、2010年12月、こちらから入手できます。

画像提供：

1. Commons Wikimedia2を介した英語版ウィキペディア（CC BY-SA 3.0）のPhoebus87による「ヘリカーゼ」。 Lsanmanによる「EukPreRC」– Commons Wikimediaによる自作（CC BY-SA 3.0）